Исследователи углубились в изучение того, как определенные клетки в головном мозге влияют на память с возрастом. Этот прорыв открывает новые возможности для исследования потенциальных методов лечения возрастного ухудшения памяти. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Molecular Neurobiology.
В исследовании, посвященном гиппокампу, ученые обнаружили, что уменьшение количества соматостатин-положительных интернейронов приводит к когнитивному дефициту, напоминающему старение. У мышей с уменьшенным количеством интернейронов наблюдались признаки нарушения памяти, аналогичные мышам естественного возраста.
Актуальность исследования
Нормальное старение обычно связано с ухудшением памяти, хотя неясно, какие факторы играют в этом роль. В новом исследовании ученые изучили определенные интернейроны, которые служат коммуникационными центрами, соединяющими другие нейроны, в областях головного мозга, важных для обучения и памяти.
С возрастом люди подвергаются риску, будь то из-за нормального снижения когнитивных способностей или из-за послеоперационных когнитивных расстройств. В последнем случае дефицит может сохраняться в течение многих месяцев после операции, особенно если пациенты старше 60 лет. К сожалению, лежащие в основе клеточные механизмы, вызывающие эти нарушения, в значительной степени неизвестны.
Предыдущие исследования показали, что область мозга, которая связана с обучением и памятью — гиппокамп — уменьшается в объеме с возрастом. Кроме того, это также влияет на уровни молекулы гамма-аминомасляной кислоты, или ГАМК, и некоторых интернейронов, которые ее высвобождают.
В настоящем исследовании ученые сосредоточились на интернейронах гиппокампа в определенной области, называемой воротами зубчатой извилины, которые ответствена за выработку соматостатина. Этот гормон обладает способностью противодействовать воздействию гормонов роста в других частях тела.
«Раньше другие исследователи обнаружили, что одно из различий между крысами с когнитивными нарушениями и крысами без нарушений заключалось в том, что у первых было меньшее количество соматостатин-положительных интернейронов в воротах зубчатой извилины», — комментирует Уве Рудольф (Uwe Rudolph), профессор биологических наук. «Мы решили дополнительно изучить, действительно ли потеря этих нейронов является причиной когнитивного дефицита и может ли она, таким образом, служить моделью старения в гиппокампе».
Материалы и методы исследования
Исследователи уменьшили количество соматостатин-положительных интернейронов в гиппокампе мышей с помощью токсина. Ученые ввели этот токсин в зубчатые ворота, чтобы токсин экспрессировался только в соматостатин-положительных интернейронах, убивая примерно 50% этих клеток. Через 3 недели ученые провели поведенческие исследования, чтобы исследовать способности к обучению и память мышей.
Мыши прошли три типа тестов: могут ли они запомнить и отличить новые объекты от знакомых, перемещаться по лабиринтам, используя свою кратковременную память, и использовать свое пространственное обучение, чтобы найти скрытую платформу в луже воды.
Результаты исследования
Во всех трех случаях мыши, у которых был снижен уровень соматостатин-положительных интернейронов, испытывали трудности по сравнению с теми, которые не получали токсин.
Исследователи также искали изменения в клеточных сигналах, которые происходят из-за более низкого уровня соматостатин-положительных интернейронов. Для этого ученые сосредоточились на микроглии — иммунных клетках, которые одними из первых реагируют, когда в мозге что-то идет не так.
«Мы изучили активацию микроглии, которая является признаком воспаления, связанного со старением и ухудшением памяти», — комментирует Раджасекар Нагараджан (Rajasekar Nagarajan), из лаборатории Рудольфа. «Мы наблюдали повышенную активацию микроглии в гиппокампе мышей, которым вводили токсин, даже за пределами зубчатой извилины».
Помимо определения состояния микроглии, команда измерила белок, называемый нейротрофическим фактором головного мозга, который активен в гиппокампе и играет роль в долговременной памяти.
Ученые обнаружили, что у этих мышей было меньше дендритных шипов гиппокампа, которые имеют решающее значение для обучения и памяти.
«18-месячные мыши соответствуют возрасту человека примерно 60 лет. Это примерно соответствует моменту времени, когда мы знаем, что у людей чаще развиваются нейрокогнитивные нарушения в ответ на хирургическое вмешательство и анестезию», — объясняет Рудольф. «Наши результаты показали, что использование этого токсина для уменьшения количества соматостатин-положительных интернейронов достаточно, чтобы вызвать эффекты, напоминающие когнитивный дефицит при старении».
Исследователи воодушевлены тем, что смогут использовать эти методы для исследования дефектов, связанных со старением, не дожидаясь, пока мыши состарятся, что является дорогостоящим и трудоемким мероприятием.
«Мы будем использовать этот метод в качестве модели для проверки того, какие экспериментальные соединения можно использовать для предотвращения или устранения как возрастных, так и послеоперационных когнитивных нарушений», — заключил Нагараджан.
